本發(fā)明涉及機(jī)械臂控制領(lǐng)域，尤其是一種多機(jī)械臂無線控制柜和多機(jī)械臂控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

機(jī)械臂控制柜是重要的智能自動(dòng)化設(shè)備，廣泛應(yīng)用在世界范圍內(nèi)的制造業(yè)中，其特點(diǎn)多是集成度高、體積大，但操作復(fù)雜、價(jià)格昂貴并且在使用過程中不易搬運(yùn)和移動(dòng)，在工業(yè)和醫(yī)療等領(lǐng)域具有一定局限性。傳統(tǒng)機(jī)械臂控制柜都集成了控制和關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器和關(guān)節(jié)電機(jī)用電纜線進(jìn)行連接，所以導(dǎo)致傳統(tǒng)控制柜電氣線路繁瑣，移動(dòng)性和靈活性很差，檢修復(fù)雜而且未知安全隱患較多的同時(shí)，傳統(tǒng)控制柜因受機(jī)械臂個(gè)數(shù)和單個(gè)機(jī)械臂關(guān)節(jié)數(shù)量的限制，也不能靈活運(yùn)用于多軸的情況，使控制器的可配置性能以及應(yīng)用場景和使用空間都受到了很大的限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種體積小、價(jià)格便宜、高集成性、高移動(dòng)性和高靈活性的多機(jī)械臂無線控制柜，相應(yīng)地，還提供一種多機(jī)械臂控制系統(tǒng)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種多機(jī)械臂無線控制柜，所述多機(jī)械臂無線控制柜包括電源底板、電源管理模塊和多個(gè)控制器，所述電源底板與電源連接，所述電源底板的輸出端與電源管理模塊的輸入端連接為其提供電源，所述控制器可裝拆地與電源底板固定連接，所述電源管理模塊分別與多個(gè)控制器連接為其提供電源，所述控制器包括無線傳輸模塊用于與上位機(jī)和機(jī)械臂通信；所述多個(gè)控制器之間通過無線傳輸模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，所述多個(gè)控制器中任意一個(gè)控制器作為多臂協(xié)同控制器用于配合上位機(jī)控制其余控制器的工作，所述其余控制器分別作為單臂控制器用于控制單個(gè)機(jī)械臂的工作。

進(jìn)一步地，所述控制器還包括主份微控制器和主份電源模塊，所述無線傳輸模塊包括第一主份ZigBee模塊和第二主份ZigBee模塊，所述電源管理模塊的輸出端與主份電源模塊的輸入端連接，所述主份電源模塊的輸出端與主份微控制器的輸入端連接，所述主份微控制器分別與第一主份ZigBee模塊和第二主份ZigBee模塊連接。

進(jìn)一步地，所述控制器還包括雙端口RAM、系統(tǒng)仲裁模塊、備份微控制器和備份電源模塊，所述無線傳輸模塊還包括第一備份ZigBee模塊和第二備份ZigBee模塊，所述主份微控制器的輸出端、備份微控制器的輸出端分別與雙端口RAM的輸入端連接，所述主份微控制器、備份微控制器分別與系統(tǒng)仲裁模塊連接，所述備份微控制器分別與第一備份ZigBee模塊、第二備份ZigBee模塊連接，所述電源管理模塊的輸出端與備份電源模塊的輸入端連接，所述備份電源模塊的輸出端與備份微控制器的輸入端連接，所述主份電源模塊的輸出端、備份電源模塊的輸出端與系統(tǒng)仲裁模塊的輸入端連接。

進(jìn)一步地，所述控制器采用插卡式一體化安裝方式與電源底板固定連接實(shí)現(xiàn)控制器可裝拆。

進(jìn)一步地，所述電源管理模塊包括主份濾波器、備份濾波器、主份DC-DC模塊、備份DC-DC模塊、電源系統(tǒng)仲裁模塊、主份繼電器和備份繼電器，所述電源底板的輸出端分別與主份濾波器的輸入端、備份濾波器的輸入端連接，所述主份濾波器的輸出端與主份DC-DC模塊的輸入端連接，所述主份DC-DC模塊的輸出端分別與電源系統(tǒng)仲裁模塊的輸入端、主份繼電器的輸入端連接，所述備份濾波器的輸出端與備份DC-DC模塊的輸入端連接，所述備份DC-DC模塊的輸出端分別與電源系統(tǒng)仲裁模塊的輸入端、備份繼電器的輸入端連接，所述主份繼電器的輸出端、備份繼電器的輸出端分別與控制器的輸入端連接。

進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)仲裁模塊包括STM32F407系列芯片。

本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是：一種多機(jī)械臂控制系統(tǒng)，包括多個(gè)機(jī)械臂、上位機(jī)、所述的多機(jī)械臂無線控制柜，所述機(jī)械臂包括機(jī)械臂無線傳輸模塊，所述上位機(jī)包括上位機(jī)無線傳輸模塊，所述上位機(jī)通過上位機(jī)無線傳輸模塊與多臂協(xié)同控制器的無線傳輸模塊連接，所述多臂協(xié)同控制器通過無線傳輸模塊與多個(gè)單臂控制器連接，所述單臂控制器與機(jī)械臂一一對應(yīng)，所述單臂控制器通過其無線傳輸模塊與機(jī)械臂的機(jī)械臂無線傳輸模塊連接。

進(jìn)一步地，所述機(jī)械臂無線通信模塊包括機(jī)械臂ZigBee模塊，所述上位機(jī)無線傳輸模塊包括上位機(jī)ZigBee模塊。

進(jìn)一步地，所述機(jī)械臂包括多個(gè)關(guān)節(jié)，所述單個(gè)關(guān)節(jié)對應(yīng)一個(gè)機(jī)械臂ZigBee模塊，多個(gè)所述機(jī)械臂ZigBee模塊分別與單臂控制器的無線傳輸模塊連接進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

進(jìn)一步地，所述單個(gè)關(guān)節(jié)還包括關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，所述關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器與對應(yīng)關(guān)節(jié)的機(jī)械臂ZigBee模塊連接。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明中一種多機(jī)械臂無線控制柜通過采用無線傳輸模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，減少了控制柜中大量的電纜走線，減小機(jī)械臂控制柜的體積，降低機(jī)械臂控制柜的價(jià)格，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂控制柜的高集成性、高移動(dòng)性和高靈活性，而且多機(jī)械臂無線控制柜不會(huì)局限于機(jī)械臂的數(shù)量和單個(gè)機(jī)械臂關(guān)節(jié)的數(shù)量；另外，控制器采用可裝拆一體化的安裝方式，安裝和更換控制器更加方便靈活。一種多機(jī)械臂控制系統(tǒng)采用無線傳輸?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)上位機(jī)、多機(jī)械臂無線控制柜和機(jī)械臂之間的數(shù)據(jù)傳輸，增強(qiáng)了多機(jī)械臂控制系統(tǒng)的靈活性和可移動(dòng)性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說明：

圖1是本發(fā)明中一種多機(jī)械臂無線控制柜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)安裝示意圖；

圖2是本發(fā)明中一種多機(jī)械臂控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明中一種多機(jī)械臂無線控制柜的控制器的一具體實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明中一種多機(jī)械臂無線控制柜的電源管理模塊的一具體實(shí)施例示意圖。

具體實(shí)施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

一種多機(jī)械臂無線控制柜，參考圖1和圖2，圖1是本發(fā)明中一種多機(jī)械臂無線控制柜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)安裝示意圖，圖2是本發(fā)明中一種多機(jī)械臂控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，包括電源底板、電源管理模塊和多個(gè)控制器，電源底板與電源連接，電源底板的輸出端與電源管理模塊的輸入端連接為其提供電源，控制器可裝拆地與電源底板固定連接，具體地，控制器采用插卡式一體化安裝方式與電源底板固定連接實(shí)現(xiàn)控制器可裝拆，電源管理模塊分別與多個(gè)控制器連接為其提供電源，控制器包括無線傳輸模塊用于與上位機(jī)和機(jī)械臂通信；多個(gè)控制器之間通過無線傳輸模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，多個(gè)控制器中任意一個(gè)控制器作為多臂協(xié)同控制器用于配合上位機(jī)控制其余控制器的工作，其余控制器分別作為單臂控制器用于控制單個(gè)機(jī)械臂的工作，如單臂控制器1、單臂控制器2、……單臂控制器N。

本發(fā)明中一種多機(jī)械臂無線控制柜通過采用無線傳輸模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，能大大減少控制柜中大量的電纜走線，走線減少則機(jī)械臂控制柜的體積也將減小，還可以降低機(jī)械臂控制柜的價(jià)格，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂控制柜的高集成性、高移動(dòng)性和高靈活性，而且由于采用無線通信的方式，多機(jī)械臂無線控制柜不會(huì)局限于機(jī)械臂的數(shù)量和單個(gè)機(jī)械臂關(guān)節(jié)的數(shù)量；另外，控制器采用可裝拆一體化的安裝方式，安裝和更換控制器更加方便靈活。本發(fā)明的控制柜適用于所有的機(jī)械臂，但針對那些關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)均安裝在關(guān)節(jié)內(nèi)部的機(jī)械臂效果更佳。另外，多臂協(xié)同控制器與單臂控制器之間均可實(shí)現(xiàn)功能互換，從而使整個(gè)控制柜的適應(yīng)性、互換性和可操作性大幅度提高。

作為技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，參考圖3，圖3是本發(fā)明中一種多機(jī)械臂無線控制柜的控制器的一具體實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖，控制器還包括主份微控制器和主份電源模塊，本發(fā)明中，無線傳輸模塊采用ZigBee無線傳輸技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，本實(shí)施例中，無線傳輸模塊包括第一主份ZigBee模塊和第二主份ZigBee模塊，電源管理模塊的輸出端與主份電源模塊的輸入端連接，主份電源模塊的輸出端與主份微控制器的輸入端連接，主份微控制器分別與第一主份ZigBee模塊和第二主份ZigBee模塊連接。第一主份ZigBee模塊用于控制器與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，第二主份ZigBee模塊用于控制器與機(jī)械臂進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。由于采用ZigBee模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此，不限制控制器能控制的機(jī)械臂數(shù)量和機(jī)械臂的關(guān)節(jié)數(shù)量，本發(fā)明中，采用一個(gè)控制器與一個(gè)機(jī)械臂對應(yīng)，一個(gè)機(jī)械臂包括多個(gè)關(guān)節(jié)，即多個(gè)關(guān)節(jié)的數(shù)據(jù)通過無線傳輸至對應(yīng)的控制器進(jìn)行處理，可有效增強(qiáng)對不同機(jī)械臂控制的精確性，避免造成控制紊亂，還可以提高機(jī)械臂數(shù)據(jù)的傳輸效率。

作為技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，參考圖3，圖3是本發(fā)明中一種多機(jī)械臂無線控制柜的控制器的一具體實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖，控制器還包括雙端口RAM、系統(tǒng)仲裁模塊、備份微控制器和備份電源模塊，無線傳輸模塊還包括第一備份ZigBee模塊和第二備份ZigBee模塊，主份微控制器的輸出端、備份微控制器的輸出端分別與雙端口RAM的輸入端連接，主份微控制器、備份微控制器分別與系統(tǒng)仲裁模塊連接，具體的，包括圖3中的看門狗檢測引腳Wdog和重置引腳Reset，備份微控制器分別與第一備份ZigBee模塊、第二備份ZigBee模塊連接，電源管理模塊的輸出端與備份電源模塊的輸入端連接，備份電源模塊的輸出端與備份微控制器的輸入端連接，主份電源模塊的輸出端、備份電源模塊的輸出端與系統(tǒng)仲裁模塊的輸入端連接。同理，第一備份ZigBee模塊用于控制器與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，第二備份ZigBee模塊用于控制器與機(jī)械臂進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

雙端口RAM負(fù)責(zé)信息備份，存儲(chǔ)控制器運(yùn)行的關(guān)鍵數(shù)據(jù)及運(yùn)行狀態(tài)信息，主份微控制器和備份微控制器之間通過系統(tǒng)仲裁模塊進(jìn)行管理，當(dāng)系統(tǒng)仲裁模塊檢測到主份微控制器出現(xiàn)故障時(shí)，控制備份微控制器啟動(dòng)，備份微控制器將先讀取雙端口RAM中存儲(chǔ)的系統(tǒng)關(guān)鍵信息，根據(jù)雙端口RAM備份的信息繼續(xù)控運(yùn)行，可防止因單個(gè)芯片損壞，而出現(xiàn)機(jī)械臂失控的情況。單臂控制器和多臂協(xié)同控制器均具有冗余備份功能，增強(qiáng)了機(jī)械臂控制柜的可靠性和穩(wěn)定性。本發(fā)明中，主份微控制器和備份微控制器都具有自己的最小系統(tǒng)，微控制器可以選擇如STM32F407ZGT6等芯片，也可以用ARM、DSP、FPGA等系列的芯片進(jìn)行替換，系統(tǒng)仲裁模塊包括STM32F407系列芯片，如STM32F407ZGT6等芯片，也可以用ARM、DSP、FPGA等系列的芯片進(jìn)行替換，雙端口RAM可選擇如IS62WV51216等芯片，第一主份ZigBee模塊和第二主份ZigBee模塊、第一備份ZigBee模塊和第二備份ZigBee模塊可選擇如CC2530等芯片來實(shí)現(xiàn)。

作為技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，參考圖4，圖4是本發(fā)明中一種多機(jī)械臂無線控制柜的電源管理模塊的一具體實(shí)施例示意圖，電源管理模塊包括主份濾波器、備份濾波器、主份DC-DC模塊、備份DC-DC模塊、電源系統(tǒng)仲裁模塊、主份繼電器和備份繼電器，電源系統(tǒng)仲裁模塊用于電源切換控制，電源底板的輸出端分別與主份濾波器的輸入端、備份濾波器的輸入端連接，主份濾波器的輸出端與主份DC-DC模塊的輸入端連接，主份DC-DC模塊的輸出端分別與電源系統(tǒng)仲裁模塊的輸入端、主份繼電器的輸入端連接，備份濾波器的輸出端與備份DC-DC模塊的輸入端連接，備份DC-DC模塊的輸出端分別與電源系統(tǒng)仲裁模塊的輸入端、備份繼電器的輸入端連接，主份繼電器的輸出端、備份繼電器的輸出端分別與控制器的輸入端連接，本發(fā)明中，通過電源底板輸入電源管理模塊的電壓采用28V直流電壓。

正常情況下控制器使用主份電源，即使用主份濾波器和主份DC-DC模塊進(jìn)行電源電壓轉(zhuǎn)換得到的并通過主份繼電器輸出的電源電壓；同時(shí)，電源系統(tǒng)仲裁模塊會(huì)實(shí)時(shí)采集主份電源的電壓，當(dāng)檢測到主份電源的輸出不正常的時(shí)候，則系統(tǒng)仲裁模塊通過控制繼電器切換到備份電源，即關(guān)閉主份繼電器，并切換至備份濾波器和備份DC-DC模塊進(jìn)行電源電壓轉(zhuǎn)換，并通過備份繼電器輸出電源電壓至控制器，從而保證控制柜的正常工作。本實(shí)施例中，電源系統(tǒng)仲裁模塊可以采用STM32F407ZGT6等芯片來實(shí)現(xiàn)。

一種多機(jī)械臂控制系統(tǒng)，參考圖2，圖2是本發(fā)明中一種多機(jī)械臂控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，包括多個(gè)機(jī)械臂、上位機(jī)、所述的多機(jī)械臂無線控制柜，機(jī)械臂包括機(jī)械臂無線傳輸模塊，上位機(jī)包括上位機(jī)無線傳輸模塊，上位機(jī)通過上位機(jī)無線傳輸模塊與多臂協(xié)同控制器的無線傳輸模塊連接，多臂協(xié)同控制器通過無線傳輸模塊與多個(gè)單臂控制器連接，單臂控制器與機(jī)械臂一一對應(yīng)，單臂控制器通過其無線傳輸模塊與機(jī)械臂的機(jī)械臂無線傳輸模塊連接。進(jìn)一步地，機(jī)械臂無線通信模塊包括機(jī)械臂ZigBee模塊，上位機(jī)無線傳輸模塊包括上位機(jī)ZigBee模塊。本發(fā)明中，機(jī)械臂ZigBee模塊和上位機(jī)ZigBee模塊均采用CC2530芯片來實(shí)現(xiàn)。

一種多機(jī)械臂控制系統(tǒng)采用無線傳輸?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)上位機(jī)、多機(jī)械臂無線控制柜和機(jī)械臂之間的數(shù)據(jù)傳輸，增強(qiáng)了多機(jī)械臂控制系統(tǒng)的靈活性和可移動(dòng)性。另外，多機(jī)械臂無線控制柜具有冗余備份功能，能保證整個(gè)多機(jī)械臂控制柜系統(tǒng)的正常工作，多機(jī)械臂控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性更強(qiáng)。

作為技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，機(jī)械臂包括多個(gè)關(guān)節(jié)，單個(gè)關(guān)節(jié)對應(yīng)一個(gè)機(jī)械臂ZigBee模塊和一個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，多個(gè)機(jī)械臂ZigBee模塊分別與單臂控制器的無線傳輸模塊連接進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，即ZigBee通信，關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器與對應(yīng)關(guān)節(jié)的機(jī)械臂ZigBee模塊連接，關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)控制機(jī)械臂的關(guān)節(jié)進(jìn)行動(dòng)作。

實(shí)際上，控制柜工作時(shí)，單臂控制器通過ZigBee技術(shù)無線采集關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器反饋的信息，然后經(jīng)過處理，再通過ZigBee對關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制；多臂協(xié)同控制器通過ZigBee對多個(gè)單臂中央控制器進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃和管理，與此同時(shí)，多臂協(xié)同控制器還通過ZigBee與上位機(jī)進(jìn)行通信，以便獲得整個(gè)多機(jī)械臂系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性，上位機(jī)作為多機(jī)械臂控制系統(tǒng)的總控制中心。

以上是對本發(fā)明的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。